[科普中国]-可控因子

可控因子是指在试验中可以严格控制其水平(状态、类型、等级或数值)的因子。试验所要考察的因子都必须是可以控制的因子。试验设计，只对可控因子的水平试验前作设计；而对不可控因子水平，只能在试验 过程中记录其水平而后用回归或协方差分析处理，或用划分区组、随机化等方法消除其影响1。

基本介绍可控因子(control factor)是统计质量管理的基本概念之一，是在生产和试验中水平可以指定并加以挑选的因子，即水平可以被人们控制的因子。如化工生产中的反应时间、反应温度，电镀液的浓度，电路中的电阻器和电容器的电阻和电容等都是可控因子。试验中考察可控因子的目的在于寻找其最佳水平搭配，使产品的质量特性既接近目标值，又波动最小，即使质量特性具有稳健性2。

相关知识介绍动态特性参数设计的试验安排，在动态特性参数设计中会出现下列四类因子：可控因子，标示因子，信号因子，噪声因子。其中标示因子是指使用时不能挑选和控制，但试验中可指定其水平的因子。如一纺织厂用的棉花来自三个不同产地，则棉花产地可看作一个标示因子，我们考察它不在于选取最好的棉花产地，而是探索此标示因子与可控因子之间有无交互作用，若无交互作用，只要选择一种工艺条件就可适应各产地棉花；若有交互作用，那要对不同产地棉花选择不同工艺条件才能奏效，类似地，设备间的差异、操作人员之间差异、车床转速之间差异等环境和使用条件都可当作标示因子去进行考察2。

动态特性参数设计的具体安排如下。

确定各可控因子和标示因子的水平，然后把它们放在适当的正交表上，此表称为内表。

确定各噪声因子和信号因子的水平，然后把它们放在适当的正交表上，此表称为外表。若得知诸噪声因子对y的影响方向，那可启用综合噪声因子，但不可把信号因子也综合进去，一般是用信号因子和综合噪声因子的完全试验作为外表。

按内外表设计进行试验。若信号因子有m个水平，综合噪声因子有n个水平，则外表有mn行。若内表有k行，则内外表设计共有走kmn个试验，可获得知kmn个数据：

其中i表示内表的试验号，j表示信号因子的水平号，l表示综合噪声因子的水平号1。

噪声因子(noise factor )是人们不能控制、或很难控制、或花费昂贵才能控制的因子。它是引起质量特性波动的“元凶”，或者说是引起试验误差的源泉。一项好的产品设计都应具有抗噪声因子的能力，此种能力愈大，设计就愈完善。因为有些噪声因子可能人们至今还不知道，所以要罗列一切噪声因子是困难的，但试验者要尽量列出噪声因子，并运用工程知识和经验去判断其中哪些是重要的，哪些可用试验条件去模拟的，以便考察它们对质量特性影响的大小，为罗列噪声因子，可从外部噪声、内部噪声和产品间噪声等三方面去考察。

由产品之外引发的一类噪声称为外部噪声，如产品生产时的环境温度、湿度、灰尘、磁场等环境条件都是外部噪声；又如小汽车方向盘的设计要适应老人与年轻人、男人与女人，这时购买者就是方向盘设计的一个外部噪声因子；彩色电视机的清晰度与输入电压大小密切相关，这时民宅的交流电压对彩电设计就是一个外部噪声因子。

由产品内部产生的一类噪声称为内部噪声，如贮存时间过长，材料变质、元件老化都是产品的内部噪声；又如产品长时间使用，一些零件发生磨损也是内部噪声，因为这些都会引起产品质量特性的波动。

由产品间的差异引发的一类噪声称为产品间噪声，如在一项电路设计中需要100Ω的电阻，而从市场买来的标称值为100Ω的电阻未必恰好是100Ω，可能是99Ω，也可能是102Ω，其间差值对电路输出值会有影响，此种影响是不可控的，所以零部件、元器件的实际值与标称值间的差异是产品间的噪声因子2。

把若干个噪声因子综合成一个因子，以图减少参数设计中的试验次数，称此为综合噪声因子。构造综合噪声因子的关键在于要知道被综合的噪声z对产品质量特性y影响的方向，即当噪声因子水平变化时，y是在增加还是还是在减少.这一点常常凭着工程知识和实践经验是可以判断的.假如能做到这一点，那么立即可得出综合噪声因子的两个水平：N1——负侧最坏水平，它是使质量特性y取最小值的各个噪声因子的水平的组合;N2——正侧最坏水平，它是使质量特性y取最大值的各个噪声因子的水平的组合.这就形成一个二水平的综合噪声因子。假如被综合的噪声因子都是三水平的，那么各取其中间水平组成一个新水平No，插在上述N1与N2之间，形成一个三水平(N1，No，N2)的综合噪声因子.假如仅有部分噪声因子可以参加综合，那么把未被综合的噪声因子与综合噪声因子重新设计一张外表。

标示因子(mark factor)是使用时不能挑选和控制、但试验中可指定其水平的因子。如一纺织厂用的棉花来自三个不同产地，则可把棉花产地看做一个标示因子，人们考察这个标示因子的目的不在于选取最好的棉花产地，而是探索此标示因子与可控因子(操作条件)之间有无交互作用。假如没有交互作用，可能只要选择一种操作条件就可适应各个产地的棉花；假如有交互作用，那可能需对不同产地的棉花制定不同的操作条件才能奏效。类似地，设备间的差别、操作人员间的差别、车床转速之间的差别等都可当做标示因子去进行考察。

信号因子(signal factor)指能指挥动态特性按人们意志去变化的因子，信号因子总是伴随着动态特性而出现的.至于选什么因子作为信号因子，那是设计人员的任务.但他要使信号因子的水平改变应该是易于操作，并且使信号因子对动态特性的影响尽可能是线性关系，用以减少动态特性的波动。

信号因子的例子也常见，钢板的厚度是通过轧钢机的压力来实现的，轧钢机的压力就是信号因子，压力大小就是信号因子的水平;汽车的速度可用改变加速器的位级来实现，加速器就是信号因子，其位级就是该信号因子的水平2。

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所